Question

尿素[CO（NH₂）₂]是首個由無機物人工合成的有機物．
（1）工業上尿素由CO₂和NH₃在一定條件下合成，其反應方程式為______．
（2）當氨碳比

n(NH3)

n(CO2)

=4時，CO₂的轉化率隨時間的變化關系如圖1所示．
①A點的逆反應速率v_逆（CO₂）______B點的正反應速率v_正（CO₂）（填“大于”“小于”或“等于”）．
②NH₃的平衡轉化率為______．
（3）人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素，原理如圖2所示．

①電源的負極為______（填“A”或“B”）．
②陽極室中發生的反應依次為______、______．
③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將______；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素為______g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

（1）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根據元素守恒可知，同時還有H₂O生成，化學方程式為：
2NH₃+CO₂

一定條件 .

CO（NH₂）₂+H₂O，故答案為：2NH₃+CO₂

一定條件 .

CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）①由CO₂的轉化率隨時間變化圖可知在A點時反應還未達到平衡狀態，反應仍將繼續正向進行，故v_逆（CO₂）小于B點平衡時的化學反應速率，故答案為：小于；
②設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為4a，由圖可知，CO₂的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為a×60%=0.6a，根據方程式可知，轉化的NH₃的物質的量為0.6a×2=1.2a，故平衡時氨氣的轉化率定為

1.2a

4a

×100%=30%，
故答案為：30%；
（3）①由圖可知，左室電極產物為Cl₂，發生氧化反應，故A為電源的正極，右室電解產物H₂，發生還原反應，故B為電源
的負極，故答案為：B；
②由圖可知，陽極室首先是氯離子放電生成氯氣，氯氣再氧化尿素生成氮氣、二氧化碳，同時會生成HCl，陽極室中發生的反應依次為：6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應為6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）
陽極反應為6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl
根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH^-、H⁺的數目相等，陽極室中反應產生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
由上述反應式可以看出，轉移6mole^-時，陰極產生3molH₂，陽極產生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的13.44L氣體，物質的量為

13.44L

22.4/mol

=0.6mol，即n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×

1

5

=0.12mol，
根據方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl可知生成0.12molN₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質的量也為0.12mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]=0.12mol×60g?mol^-1=7.2g，
故答案為：不變，7.2；